一种SS3型电力机车辅助变流系统技术方案

本发明专利技术提供了一种SS3型电力机车辅助变流系统，在辅助变流器的主电路方案中，采用“一整四逆”的电路结构，按照辅机工况合理分配负载，兼顾了冗余备份、故障时负载切换与转移等多方面，“一整”采用相控整流方案，对主变压器的改造工艺最为简单，非常适合在既有机车上改造实施；也与交-直机车相控整流为其主要电路结构形式的总体技术方案相吻合；“多逆”为逆变器的冗余备份，故障时辅机负载切换、转移提供了可能，确保了辅机系统运行的可靠性。按照辅机运行工况，给各逆变器分配负载，保证了辅机运行的高效性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种SS3型电力机车辅助变流系统
本专利技术属于电力机车供电系统，尤其涉及SS3型电力机车辅助变流系统。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，我国的铁路事业也正发生着日新月异的变化，铁路提速范围的不断扩大，更多更新的铁路的修建，说明了我国铁路事业正在迅速发展。在快速发展的同时，如何保证机车安全高速运行和在复杂的路况上正常运行，已经成为目前铁路部门的工作重点。列车的运行情况不但关系到乘客的安全，而且对国民经济有很大的影响，作为我国运输行业中的主要运输方式，铁路运输一直扮演着很重要的角色，一旦铁路或列车出现故障，将会造成巨大的经济损失和社会后果。2008年春运期间，因为冰冻自然灾害造成京广线湖南段的电力机车运输中断，造成大量货物积压和旅客滞留，其经济损失和社会影响有目共睹。电力机车辅助系统是电力机车的重要组成部分，主要包括通风及冷却系统，压缩机、空调等，其主要作用是为牵引及制动系统提供保障，保证电力机车主电路系统充分发挥其功率，确保机车正常运行。它的好坏直接关系到机车能否正常运行。国产SS3型电力机车的原有劈相机供电方式的供电方式，如图1所示，通过劈相机接受电力机车主变压器辅助绕组的单相工频交流电，将其“劈”成三相电后为辅助机组供电。然而这种供电方式存在诸多缺点：(1)劈相机给辅助电机供电的电压对称度、平衡度、稳定性都较差。劈相机只有在额定输入电压AC397V(对应接触网压25kV)和空载情况下，才可形成三相对称、平衡的AC380V供电电压，而劈相机的实际输入电压是在AC302V～AC460V(对应网压19kV～29kV)范围内波动，且负载经常是根据机车运行工况(如牵引与制动、压缩机打风等)而变化的，可见由劈相机输出的三相交流电压经常是不平衡、不对称、波动的，严重时不对称度大于10％，电压波动量超过30％。供电电压的不对称和欠不平衡，会导致辅助电机发热严重，影响辅助电机的运用寿命。在实际应用中，为了弥补供电电压的不对称度，往往在辅助电机(如牵引通风和制动通风机电机)输入侧并接“拉对称”电力电容器组，还需要有投切电容器的相关接触器，装置比较繁琐复杂，影响了辅助电机运行的可靠性。劈相机供给辅助电机的电压随其输入电压和负载的波动而波动，辅助电机的供电额定电压为AC380V，波动范围约-30％-+30％。特别在网压较低或负载较重时，辅助电机输出电压较低，不能全额发挥其功率，不能在额定功率和额定转速下运行，运行效率较低。实际上电力机车的辅助电机在大多数情况下都是降额运行，存在“大马拉小车”的不合理现象。(2)劈相机机起动复杂，故障隐患突出，可靠性较差。劈相机只能空载起动，不可带载起动，只有在劈相机完全起动结束后，才可以将辅助电机负载逐个投入。劈相机一般的起动时间都在10s以上，起动时在供电相和发电相间接入起动电阻，在起动结束时再靠接触器将起动电阻切除掉。一旦切除起动电阻动作失效，或发生了带载起动现象，都会导致劈相机起动失败，就会造成辅助电机单相供电(俗称“走单相”)，严重时会烧损劈相机及辅助电机。切除起动电阻的接触器都是在大电流(约200A)下分断的，接触器的使用寿命也受到影响，这也是故障隐患。(3)劈相机运行的噪声和震动大。劈相机属于运动(旋转)式供电电源，与静止式(如辅助变流器)供电电源相比，噪声和振动都比较大，这对于司乘人员的工作环境是不利的。(4)劈相机给辅助电机供电，起动电流大，耗能多。在劈相机给辅助电机供电时，辅助电机为全压直接起动(非软起动)，起动电流大(为额定电流的5倍以上)。这样大的供电冲击电流，会影响辅助电机的运用寿命，耗能也很大。(5)劈相机在站段停车上，不宜停机，造成能耗，不利于节能，也给站段增加机器运行噪声。机车在站段停车时，为保证风管空气压力，压缩机会随机自起动打风，由于劈相机存在起动复杂、费时的缺点，所以往往机车在站段停留时，劈相机是不能停机的，这既耗能，也给站段增添机器运行噪声。(6)由于劈相机不能带载直接起动，机车在通过接触网分相段时，往往需要关断各个辅助电机，再关断劈相机。待通过分相段后，先起动劈相机，再逐个起动各个辅助电机，费时耗力，给司乘员增加了过分相期间的工作量。(7)劈相机供给辅助电机的三相交流电是定频(50Hz)的，不能实现辅助电机的变频调速运行(如根据散热所需风速或发热体的温度)，这也不利于节能。(8)在机车库检试验时，由于机车总装调试库中无单相大容量交流电源，所以库检试验时，一般只试验辅助电机的运行，无法对劈相机及辅助供电回路中其它设备做试验。(9)由于劈相机供电的质量和品质较差，机车为空调机组需要增设空调电源供电，增加了机车辅助机电设备的投资，增加了机车设备的成本。综上所述，劈相机供电方式存在着噪音大、不节能、三相交流输出电压不平衡且随输入电压变化等缺点。改造辅助供电系统的目的在于使用国内外先进变流技术，落脚于国产电力机车的辅助供电系统改造，使用辅助变流器替代劈相机为SS4B型电力机车辅助电路供电。而且在实现对辅助系统高质量供电的基础上，不对原有机车结构进行大改造成“牵一发而动全身”的情况，产生不必要的损失。8K机车采用的相控整流结合GTO逆变方式中，逆变环节不稳定，而且在后级没有形成对负载的有效管理，导致逆变环节的冗余容错程度较低，易发生故障。和谐号CRH2型动车组采用的IGBT脉冲整流加工频逆变器方案，前级采用PWM整流器改善了整流效果而且功率因数高。但是PWM整流器是升压整流电路，为了满足后级逆变的要求，必须对SS4B主变压器的辅助绕组进行改造，降低辅助绕组的输出电压才能够满足实际要求，改造主变压器的成本较高。HXD2型动车采用的高压整流结合降压斩波加工频逆变方案，实现起来更加困难。首先SS3型电力机车的辅助绕组没有了任何使用价值，而且要在主变压器的输入端增加高压整流装置，使得机车环境变得复杂，得不偿失。HXD1、HXD3、CH3所采用的供电方案中，与HXD2辅助供电方式大致相似，高压整流在SS3机车上难以实现，会增加机车辅助供电环节的复杂性；而且引入了工频变压器，体积巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种SS3型电力机车辅助变流系统，旨在解决上述
技术介绍
中的不足。本专利技术是这样实现的，一种SS3型电力机车辅助变流系统，包括设于电力机车上的辅助电机，还包括将SS3型电力机车内两劈相机替换的第一辅助变流器和第二辅助变流器，所述辅助变流器包括串联的前级变流器和后级变流器，前级变流器为单相控整流器，后级变流器由若干台并联逆变器单元组成；将所述辅助电机按照类别和工况进行划分并组合负载，将所述负载分配给不同的逆变器，所述逆变器与各负载之间设有用于切换转载的转载线路。优选地，所述辅助电机包括牵引通风机电机、制动风机电机、压缩机电机、变压器风机以及空调机组；每台辅助变流器的后级变流器包括U1、U2、U3以及U1B四台逆变器，U1B为U1、U2、U3的冗余备份单元；第一辅助变流器以及第二辅助变流器中的U1、U2、U3负载相同，U1负载2台牵引通风机电机，U2负载2台制动风机电机，U3负载1台压缩机电机；第一辅助变流器中的U1B负载一台变压器风机以及1台空调机组，第二辅助变流器中的U1B负载1台变压器油泵电机以及1台空调机组；其中，当U1、U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SS3型电力机车辅助变流系统，包括设于电力机车上的辅助电机，其特征在于，还包括将SS3型电力机车内两劈相机替换的第一辅助变流器和第二辅助变流器，所述辅助变流器包括串联的前级变流器和后级变流器，前级变流器为单相控整流器，后级变流器由若干台并联逆变器单元组成；将所述辅助电机按照类别和工况进行划分并组合负载，将所述负载分配给不同的逆变器，所述逆变器与各负载之间设有用于切换转载的转载线路。

【技术特征摘要】
1.一种SS3型电力机车辅助变流系统，包括设于电力机车上的辅助电机，其特征在于，还包括将SS3型电力机车内两劈相机替换的第一辅助变流器和第二辅助变流器，所述辅助变流器包括串联的前级变流器和后级变流器，前级变流器为单相控整流器，后级变流器由若干台并联逆变器单元组成；将所述辅助电机按照类别和工况进行划分并组合负载，将所述负载分配给不同的逆变器，所述逆变器与各负载之间设有用于切换转载的转载线路；所述辅助电机包括牵引通风机电机、制动风机电机、压缩机电机、变压器风机以及空调机组；每台辅助变流器的后级变流器包括逆变器U1、逆变器U2、逆变器U3以及逆变器U1B四台逆变器，逆变器U1B为逆变器U1、逆变器U2、逆变器U3的冗余备份单元；第一辅助变流器以及第二辅助变流器中的逆变器U1、逆变器U2、逆变器U3负载相同，逆变器U1负载2台牵引通风机电机，逆变器U2负载2台制动风机电机，逆变器U3负载1台压缩机电机；第一辅助变流器中的逆变器U1B负载一台变压器风机以及1台空调机组，第二辅助变流器中的逆变器U1B负载1台变压器油泵电机以及1台空调机组；其中，当逆变器U1、逆变器U2、逆变器U3任意一台逆变器故障时，故障逆变器与其驱动的负载断开，通过所述转载线路将其负载切换至逆变器U1B上，由逆变器U1B驱动所有负载；当逆变器U1B故障时，故障逆变器与其驱动的负载断开，通过所述转载线路将其负载切换至逆变器U1或逆变器U2上；所述转载线路为转换接触器；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张全柱，雷旻，邓永红，卢震宇，黄成玉，赵立永，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北;13